年轻恒星以强烈的辐射和剧烈的恒星风著称。它们不仅能够重塑周围的气体环境，还可能在不同条件下促进或抑制新恒星的诞生。除此之外，这些强劲的粒子流还会在恒星周围“吹”出巨大的空腔——一种由高能物质撑开的宇宙气泡。
我们的太阳同样如此。它在自身周围形成了一个被称为日球层的结构。与周围的星际介质（ISM）相比，日球层内部充满温度更高的等离子体。当这些高温带电粒子向外扩张，与更冷、更稀薄的星际气体相互作用时，就维持了这个巨大气泡的存在。
如今，天文学家首次在另一颗类太阳恒星周围清晰地观测到类似的结构。这颗恒星名为HD 61005，它的年龄远小于太阳，刚刚进入主序星阶段。正因为它足够年轻，研究人员得以借此一窥恒星风气泡在早期演化阶段的模样。我们虽然可以研究太阳的日球层，但由于身处其中，观测角度始终受限；而从外部审视一颗年轻恒星的“天体球”，则为理解这类结构的形成与演变提供了宝贵机会。
这项成果发表于《天体物理学杂志》，论文题为《利用钱德拉首次解析主序星G星天体球》，目前也可在 arXiv 上查阅。研究由约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的凯瑞·利斯领衔。
研究团队指出，恒星在X射线波段明亮发光，主要源于其炽热日冕中高温碰撞等离子体释放的光子。但除此之外，恒星风也会在更大尺度上产生微弱的X射线辐射。当高速、被电离的恒星风从日冕喷出，冲击并挤压本地银河系的星际介质时，会形成一个气泡状空腔，这种结构被称为“天体球”。在恒星风与较冷的ISM发生剧烈相互作用的区域，也会产生可被探测到的X射线信号。
因此，围绕这类恒星的X射线来源主要有两个：一是来自恒星日冕的高温等离子体，二是来自天体球外层与星际介质碰撞产生的辐射。
研究人员利用钱德拉X射线天文台上的ACIS-S成像光谱仪捕捉到这些微弱信号，并结合哈勃太空望远镜的红外观测数据，拼合出HD 61005周围天体球的结构图景。
由于恒星在银河系中运动，它们周围的天体球通常并非完美球形，而更像彗星：迎风一侧形成弓形激波结构，背风方向则拖曳出长长的尾迹。在艺术想象图中，HD 61005的弓形激波位于运动前方，尾部向后延展，整体形态颇具动感。
作为一颗年轻恒星，HD 61005释放的粒子风速度约为太阳的三倍，密度更是太阳风的25倍。观察它的天体球，某种程度上等于回望太阳刚进入主序星阶段时的情景。
利斯指出，我们研究太阳的日球层已有数十年历史，但始终无法从外部整体观察它。对HD 61005的观测则提供了一个外部视角，让我们得以理解类似太阳的恒星在不同演化阶段，其天体球形态如何随时间变化。
太阳对地球生命的塑造持续了数十亿年。进入航天与信息时代后，人类社会对太阳活动的敏感性更高。太阳风及其引发的空间天气，可能影响轨道卫星、通信系统，甚至未来前往月球或火星的宇航员。理解太阳日球层的结构与演变，对于预测和应对空间天气具有现实意义。
研究合作者指出，围绕HD 61005的天体球影像为我们提供了重要线索，帮助推测年轻太阳的恒星风在早期阶段可能呈现的状态。
数据还显示，主序阶段的类太阳恒星会随着年龄增长逐渐减慢自转速度，其X射线辐射强度也会随之下降。年轻恒星通常自转更快，角动量更高，磁场重联活动更剧烈，从而产生更炽热的日冕与更强的高能辐射。
事实上，天文学家早已关注HD 61005。这颗恒星因红外图像呈现出类似飞蛾翅膀的结构而被昵称为“飞蛾”。其周围存在大量尘埃物质，形态与太阳系中的柯伊伯带相似。这些物质是行星形成遗留下来的残余碎片。观测表明，其尘埃密度大约是太阳周围类似区域的一千倍。
从我们的视角看去，这些尘埃呈现出后掠的“翅膀”形态。这种结构的形成与恒星运动及其进入较高密度星际区域密切相关。由于我们以近乎边缘的角度观测该系统，才得以看到这种独特的横截面效果。
研究人员认为，这种“飞蛾翅膀”结构可能是短暂现象。尘埃颗粒尺寸较小，容易在碰撞中被磨碎；但也可能由于外围更大的尘埃盘持续补给而长期存在。类似现象在年轻、快速自转且恒星风强劲的G型恒星系统中或许并不罕见。
不过，真正推动这项研究的问题在于：为何并非所有年轻的零年龄主序星（ZAMS）都能展现出像HD 61005那样清晰可分辨的X射线天体球？理论上，年轻晚型恒星在生命早期都会释放强烈恒星风。
关键因素在于周围星际介质的密度。研究指出，若恒星恰好位于一个中性气体密度显著增强的星际云区域，其恒星风与致密环境剧烈碰撞，才能产生足够明亮的X射线天体球，从而被地球上的望远镜观测到。HD 61005之所以显得特殊，正是因为它正穿越一个高密度星际区域。
有研究在2009年已指出，其尘埃盘的不对称结构可能源于系统整体向致密星际云运动所致。
我们的太阳在年轻时期，很可能也经历过类似阶段。研究团队推测，当太阳年龄约为一亿年时，也曾穿越较为致密的星际区域，并拥有更强烈的恒星风与更活跃的日冕。
因此，基于航天器测量建立的日球层模型，不仅可以用于解释太阳当前的状态，也能够应用于研究像HD 61005这样的系统。此次钱德拉观测数据，为校准与检验这些模型提供了重要依据。
通过从外部观察一颗年轻类太阳恒星的天体球，我们得以在宇宙尺度上回望太阳的早年历史。这不仅帮助我们理解恒星风如何塑造周围环境，也让我们更加清晰地看到，太阳曾经走过怎样一段充满能量与剧烈活动的青春岁月。
本文译自：universetoday，由olaola编辑发布
图片来源：AI生成